Омлет — очень питательный завтрак, но большинство всё же предпочитают либо молоко, либо яйца. Такой же выбор сделала природа, лишившая млекопитающих возможности вскармливать детей желтками около 30–70 миллионов лет назад. Швейцарские учёные смогли шаг за шагом проследить, как животные перешли к кормлению детёнышей исключительно молоком — стратегии, используемой самыми успешными на сегодняшний день представителями фауны.
На эмбриональной стадии развивающемуся организму нужно особенно много питательных веществ и энергии, ведь за считанные дни одна клетка увеличивается в десятки и сотни раз. За долгие миллионы лет эволюции природа испробовала разные варианты обеспечения этой потребности.
Самые древние организмы ограничивались тем, что оставляли детёнышам запас питательных веществ раз и навсегда, накапливая в яйцеклетке достаточно «пищи» для формирования полноценного организма. Если у яйцеклетки есть твёрдая оболочка, то мы обычно называем её яйцом, а запас питательных веществ в ней — яичным желтком.
Яйцеклетки — гаплоидные клетки, являющиеся женскими гаметами у человека, животных и семянных растений, образуются в результате овогенеза. Человеческая яйцеклетка имеет диаметр примерно 145 микрон и является самой большой клеткой человеческого тела. В цитоплазме яйцеклеток (ооплазме) содержатся включения питательных веществ — желток.
Желток — дейтоплазма, питательные вещества, накапливающиеся в яйцеклетке животных и человека в виде зёрен или пластинок, которые иногда сливаются в сплошную желточную массу (у насекомых, костистых рыб, птиц и др.).
Желток обнаружен в яйцеклетках всех животных и человека, но его количество и распределение значительно варьируют. В яйцах с малым количеством желтка желточные зёрна распределяются в цитоплазме равномерно. В яйцах с большим количеством желтка желточные зёрна скапливаются либо в вегетативной части яйца (телолецитальные яйца), либо в центральной части цитоплазмы — вокруг ядра (центролецитальные яйца). От количества и распределения желтка зависит тип дробления яиц.
По химической природе различают три главных разновидности желтка: белковый, жировой и углеводный, однако у большинства животных зёрна желтка имеют сложный химический состав и содержат белки, жиры, углеводы, рибонуклеиновую кислоту, пигменты и минеральные вещества. Например, в завершившем рост курином яйце желток содержит 23% нейтрального жира, 16% белка, 11% фосфолипидов, 1,5% холестерина и 3% минеральных веществ. В синтезе и накоплении желтка принимают участие различные органоиды яйцеклетки: комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, митохондрии.
У многих животных белковый компонент желтка синтезируется вне яичника и поступает в растущую яйцеклетку путём пиноцитоза. У некоторых беспозвоночных животных желток может накапливаться также в специальных клетках яичника — желточных клетках, за счёт которых питается развивающийся зародыш.
Другая крайность — непрерывно заботиться о зародышах с самого начала, начиная практически с момента зарождения жизни — формирования зиготы. После появления детёныша на свет такие животные продолжают кормить его — теперь уже материнским молоком. В числе этих самых совершенных животных и человек.
Как показали швейцарцы, переход от одной крайности к другой продолжался более 200 миллионов лет, а материнское молоко появилось задолго до того, как яйцеклетки лишились своих желтков.
Работа Давида Браванда, Вальтера Вали и Хенрика Каэссманна из Университета Лозанны опубликована в последнем номере PLoS Biology.
Учёные использовали тот факт, что среди млекопитающих есть три группы, использующие разную стратегию выведения потомства. Это плацентарные, к которым относится большинство, в том числе человек, кошка, собака; сумчатые, распространенные в Австралии и островах Океании, а также в Южной Америке; и однопроходные — утконос и пара видов ехидн.
Самки плацентарных длительное время вынашивают эмбрион внутри, за чем следует относительно короткий период лактации, не превышающий время эмбрионального развития.
У сумчатых плацента развита слабо и не может прокормить большой эмбрион, а потому период беременности небольшой, и за ним следует продолжительное вскармливание. Например, у кенгуру, которые могут быть значительно больше человека, беременность длится всего несколько недель, а потом очень маленький малыш, вес которого не превышает 1 грамма, переползает в сумку, где и питается молоком до 1 года. Все, чем мать может помочь ему — вылизать дорогу, облегчив путь по шерсти.
подкласс примитивных млекопитающих, соединяющих в себе черты млекопитающих, рептилий и птиц. В этом подклассе выделяют единственный инфракласс клоачные, противопоставляемый инфраклассам плацентарные и сумчатые из подкласса звери. Современные виды первозверей образуют лишь один отряд — однопроходные.
Первозвери — немногочисленная группа видов, рапространённых в австралийском регионе. По ряду признаков подкласс первозвери и инфракласс клоачные считается наиболее архаичным и примитивным среди инфраклассов млекопитающих.
В отличие от других млекопитающих первозвери размножаются, откладывая яйца, однако свыше половины периода развития зародыша проходит в половых путях самки. Таким образом, отложенные яйца содержат уже достаточно развитый эмбрион и можно говорить не только о яйцкладности, но и незавершённом живорождении.
У самок вместо сосков есть зоны молочных желез, с которых потомство слизывает молоко. Мясистых губ (эффективных при сосании) нет. У самок ехидн функционирует только левая половина полового аппарата (как у птиц). Кроме того, у них как у птиц и пресмыкающихся имеется лишь один проход.
Имеется шерстяной покров, однако гомойотермия (поддержание температуры тела на постоянном уровне) незавершённая, темература тела изменяется в пределах 22—37 °С.
В наше время все виды клоачных обитают в Австралии, Новой Гвинее и Тасмании. Всего существует четыре вида клоачных в двух семействах (утконосы и ехидны) и одном единственном отряде (однопроходные).
Что любопытно, появление первых динозавров — архозавров, в своё время, ознаменовалось массовым (но не полным) вымиранием терапсид, высшие формы которых по своей организации были очень близки к однопроходым млекопитающим, и по некоторым предположениям, возможно имели молочные железы и шерсть.
Систематика
Подкласс первозвери
инфракласс клоачные
отряд однопроходные или яйцекладущие (Monotremata)
семейство утконосы (Ornithorhynchidae)
утконос (Ornithorhynchus anatinus)
семейство ехидны (Tachyglossidae)
ехидна австралийская (Tachyglossus aculeatus)
проехидна (Zaglossus bruijnus)
Всё это многообразие произошло от рептилий, зачастую даже не заботящихся о высиживании яиц. Ученые сравнили гены представителей трех этих групп животных с «контролем» — курицей, как и все птицы, тоже произошедшей от яйцекладущих чешуйчатых предков и к сегодняшнему дню ни утерявшей способности нести яйца, ни научившейся вскармливать птенцов молоком.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 3,
"picsrc": "\"Эволюционное древо\" млекопитающих //Science/vivovoca.rsl.ru",
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2670918_i_3"
}
Общие участки ДНК у всех групп млекопитающих позволили ученым сказать, что гены казеина — основного белка молока — возникли между 200 и 310 миллионами лет назад, что соответствует палеонтологическим данным.
Однако палеонтология до сих пор не могла дать ответа на вопрос, когда яйцеклетки млекопитающих лишились своих желтков. Через миллионы лет до нас доходят только кости, да и то — лишь их форма — оригинальный костный материал при окремнении замещается камнем.
Чтобы выяснить, когда у яиц не стало желтков, учёные провели анализ генов, отвечающих за производство белка вителлогенина — основного источника питания в яйце.
У курицы таких генов три. У однопроходных — самых близких к древнейшим предкам животных — ученые нашли только один. Остальные два превратились в псевдогены — участки ДНК, потенциально несущие ту же информацию и даже представленные почти той же последовательностью, за исключением нескольких мутаций, которые и сделали их неактивными. Переход от гена к псевдогенам проходил постепенно, и последняя мутация, сделавшая ген окончательно бесполезным, случилась 30–70 миллионов лет назад.
В результате, если утконос ещё может обеспечить своих потомков небольшим запасом желтка, то размер человеческой яйцеклетки (кстати, самой большой клетки в человеческом организме) не превышает 145 мкм.
Обнаружить животных, у которых активны два гена виттелогенина, пока не удалось. Не исключено, что они просто не сохранились к настоящему времени — ведь и тот факт, что на нашей планете до сих пор живут утконос и ехидна, многие учёные считают чудом.
Всё, что ни происходит, всё к лучшему. И если эволюция и лишила нас желтка, то дала потрясающий источник энергии и питательных веществ, а это позволяет сочетать знакомство с большим миром с ростом и развитием, не ограниченным скорлупой.
